纳米材料炭气凝胶研究论文

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1、纳米材料炭气凝胶的研究综述日期：2013/4/24目录—纳米材料炭气凝胶的基本特征I1.1纳米材料概述11.2气凝胶的基木特征概述11.3炭气凝胶的发展状况2二炭气凝胶的制备工艺32.1溶胶■凝胶及老化过程32.2凝干燥过程42.3高温炭化过程4三炭气凝胶的应用研究进展43.1在电化学方面的应用53.2作隔热材料53.3其他领域应用6四参考文献6一纳米材料炭气凝胶的基本特征具有知识经济时代特征的21世纪,将是生命科技和信息科技高速发展和广泛应用的时代,而纳米科学和技术将促进包括生命科技、信息科技在内的几乎所冇技术的飞速发展。能源、信息和材料被认为是现代国民经济的三大支柱,新型材料的研究、开

2、发与应用直•接反映一个国家科学技术与工业水平高低纳米材料和纳米结构是当今新材料研究领域屮最富冇活力，对未来经济和社会发展有着十分重耍影响的研究对象，也是纳米科技中最为活跃、最接近应用的重耍组成部分。1.1纳米材料概述纳米（Nanometer,nm）是一种几何尺寸的度量单位，一纳米为十亿分之一米。纳米材料是指三维空间尺度至少有一维处于纳米量级（0」一10伪m）的材料，包括纳米颗粒（零维材料），直径为纳米量级的、管、线（一维材料），厚度为纳米量级的薄膜与多层膜（二维材料），以及基于上述低维材料所构成的致密或非致密固体。纳米科学技术是基于纳米尺度的物理学、化学、材料学、生物学、电子学、信息等多学

3、科构成的一个综合学科交叉体系。一般说來纳米科学是研究纳米尺度范畴内原子、分子和其它类型物质运动和变化的科学，而在同样尺度范围内对原子、分子等进行操纵和加工的技术则为纳米技术（Nanot.ochnology）o由于纳米材料的尺度处于原子簇和宏观物体交界的过渡域,是介于宏观物质与原子或分子间的过渡亚稳态物质，相对传统固体材料，纳米材料具有显著的量子尺寸效应、表而与介而效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应，并口表现出奇异的力学、电学、磁学、光学、热学和化学特性川1.2气凝胶的基本特征概述气凝胶，又称为干凝胶。当凝胶脱去大部分溶剂，使凝胶屮液体含量比固体含量少得多，或凝胶的空间网状结构中充满的介质是

4、气体，外表呈固体状，这即为干凝胶，也称为气凝胶。如明胶、阿拉伯胶、硅胶、毛发、指卬等。气凝胶也具凝胶的性质，即具膨胀作用、触变作用、离浆作用。气凝胶是一种固体物质形态，世界上密度最小的固体。密度为3kg/每立方米。一般常见的气凝胶为硅气凝胶，其最早由美国科学工作者Kistler在1931年制得。气凝胶的种类很多，有硅系，碳系，硫系，金属氧化物系，金属系等等。aerogel是个组合词，此处aero是形容词，表示飞行的，gel显然是凝胶。字面意思是可以飞行的凝胶。任何物质的gel只要可以经干燥后除去内部溶剂后，又可基本保持其形状不变，且产物高孔隙率、低密度，则皆可以称Z为气凝胶。1.3炭气凝胶

5、的发展状况第一块气凝胶的问世始于1931年,美国斯坦福大学的瓦stler将硅酸钠和盐酸混合反应生成水凝胶，用乙醇置换其中的水得到醇凝胶，在高于乙醇临界点的条件下进行干燥，使凝胶孔隙屮充满气体，即得到硅气凝胶，后来Ktle:制备了金屈氧化物和明胶等系列气凝胶Ktlei•的工作一直未得到人们的重视，直到六十年代才有人重复他的工作。1968年Nicoloan利用硅酸一步溶胶一凝胶过程制备岀氧化硅气凝胶,使凝胶的千燥周期大大缩短，推动了气凝胶的研究进展。此后透明块状氧化硅气凝胶广泛应用于切仑可夫测器。凝胶作为太阳能收集器的透光覆盖层也获得了专利。这些实际应用的成功引起了科学家对气凝胶研究的兴趣，在

6、二十世纪八十年代关于气凝胶的研究空前活跃。科学家们研究气凝胶奇异的物理特性，探索气凝胶的微结构，开发新的气凝胶工艺过程和制备工艺路线。1985年Tewari使用二氧化碳作为超临界干燥介质，成功地进行了湿凝胶的干燥,使干燥温度降至室温，提高了设备的安全可靠性，推动了气凝胶的商业化进程。Wofgnier和Phalippou采用三点弯曲技术(tbree—pointbending)测定了硅气凝胶的机械性能。他们发现气凝胶的弹性模量Y与其密度p成止比关系也就是说模量取决于气凝胶的合成条件。这一结果后來被Lemay及其同事在L-encelivermore国家实验室采用单轴压缩法(所得实验结果证实。Br

7、inker及其同事在Sandia国家实验室首次合成了硼酸气凝胶〔161,他们同时详细研究了硅的水解和缩聚反应,捉岀了目前最为完善的凝胶动力学生长模型。研究者可以利用这些模型来控制气凝胶的微结构，预测气凝胶的物理特性。Tiiliotson和Hrubesh对Brinker所提出的两步溶胶-凝胶法进行改进，制备出超低密度,高孔隙率(99.8%)的块状硅气凝胶。这些气凝胶现在已被NASA用在太空飞船上。2013年浙江大学高分子系